研究課題
本研究ではシナプス動態を個体レベルで可視化し、大脳皮質錐体細胞に形成される興奮性・抑制性シナプスについて、動態、分子組成、形態の関連性を明らかにする。発達時期に応じたシナプス動態の制御の役割を知るため、大脳皮質の発達に依存して、分子発現とシナプスへの分子集積がどのように変化するのかを解析する。また精神神経疾患の病態について精神神経疾患の病態モデル動物を活用したイメージング実験により検討する。平成26年度には自閉症スペクトラム障害(ASD)のモデルマウスに対して二光子顕微鏡によるシナプスのin vivo imagingを行い、遺伝的背景が異なるモデルマウスでもシナプス動態の障害は共通であることを発見し、生後発達の早い時期に起こるシナプス動態の変化が、その後の大脳皮質の機能障害に結びつくことも示した。また大脳皮質内での投射線維を受けるスパインシナプスと視床からの投射を受けるスパインシナプスを区別することの出来る分子マーカーを同定し、このマーカー分子を利用することで個体レベルでのイメージングの際にスパインを分類する事が可能になった。この方法を用いることで、二種類のスパインシナプスの動態が大きく異なり、ASDのモデル動物においては大脳皮質内での投射線維を受けるスパインの動態が特異的に障害されることも見出した。更に個体レベルでのシナプスの二光子顕微鏡による観察と電子顕微鏡や連続切片立体再構築法を組み合わせた実験を行うための条件検討を行い、効率的にシナプス動態とその微細形態・分子組成の関連性を解析する方法の検討を進めた。
2: おおむね順調に進展している
本研究はシナプス動態を先端的なイメージング技術を活用して解明することを目標としており、その目標を達成するために、生後発達早期のシナプス動態の変化の生理的な意義を探索し、また発達過程でのシナプスへの分子集積の時間的な変化の解析を行う事を目標としている。またこれらのデータを活用し、シナプスの障害により発症すると考えられている、ASDを中心とする発達障害の病態についても解析する。現在までの研究で、（１）生後発達の過程を追って二光子顕微鏡によるシナプス動態を定量化することで、マウスの大脳皮質でのシナプスの増加と動態との関係性が明確となった。（２）大脳皮質の発達過程に対応した分子発現の定量を行い、これらのデータをASDのモデル動物における発現と比較した。（３）3種類の自閉症モデルマウスについて生後早期のシナプス動態を測定する実験を行い。共通のシナプスレベルでの表現型として、シナプス形成と除去の両方が亢進していることを見出した。（４）大脳皮質内の投射線維を受けるスパインと視床からの投射を受けるスパインを区別してその動態を測定する手法を開発し、これらの二種類のスパインの動態が全く異なる事、疾患モデルでの障害のされ方も異なる事を見出した。以上のデータから大脳皮質の発達に沿ってスパインシナプスの動態が大きく変化すること、その動態の制御機構がASDのモデル動物では障害されていること、投射軸索の種類によって、同じ神経細胞上に形成されるシナプスでもその動態が全く異なること、といった重要な知見が得られた事から、現在までの研究の達成度は十分なものであると考える。
今後はさらに生後発達期のシナプス動態の制御機構を解明するために以下の実験を行う。（１）大脳皮質における興奮性・抑制性シナプスの形態と分子組成の解析大脳皮質の各層に存在する錐体細胞と抑制性細胞の間で形成されるシナプスに加えて、視床などからの投射線維が形成するシナプスも大脳皮質には存在する。前年度から継続して、生後発達の過程でのこれらの多様なシナプス結合の特徴と分子組成を明かにするため、array tomography法および超解像顕微鏡法であるPALM/STORM法を利用したシナプスの分子組成と微細構造の効率の良く信頼性の高い解析方法の開発を行う。また電子顕微鏡によるシナプスの微細構造の解析を二光子顕微鏡で動態のデータを取得したスパインシナプスに対して実施するための技術の効率化も行う。（２）二光子顕微鏡によるin vivo imagingを用いたシナプス形成・成熟過程の解析皮質内の錐体細胞間に形成されるシナプスの場合、シナプス動態の抑制が生後3週間ごろに起こるが、視床から大脳皮質への投射線維が錐体細胞につくるシナプスでは安定化がもっと早い時期に終了する。この分子機構を知るため、少数の錐体細胞に遺伝子発現や遺伝子抑制を誘導する系を利用しin vivo imagingと組み合わせた実験を行う。既に軸索から放出されるシナプス形成を負に制御する分子の発現を操作し、その後にin vivo imagingを行う系を確立しており、今年度はこれまでに得られた培養神経細胞でのデータを確認するために、個体レベルでのシナプス動態の定量的な解析を完成させる。
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すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (25件) (うち招待講演 15件) 備考 (1件)
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